Aurora— 微软推出的大气基础模型

Aurora是什么

aurora是微软研究院推出的13亿参数的大气基础模型，基于从海量大气数据中提取有价值信息，用在预测全球天气模式、空气污染和海洋波浪等大气过程。模型用预训练和微调的架构，处理不同分辨率和压力水平的数据。aurora在多个预测任务中表现出色，包括高分辨率天气预测、空气污染预测和热带气旋轨迹预测，计算速度比传统数值天气模型快约5000倍。模型提高了预测精度，降低计算成本，为应对气候变化和极端天气事件提供有力工具。

Aurora的主要功能

• 高分辨率天气预测：Aurora能生成高分辨率（如0.1°）的全球天气预测，覆盖未来10天的气象变量，包括温度、风速、气压等。
• 空气污染预测：Aurora能预测全球空气污染水平，包括二氧化氮（NO₂）、二氧化硫（SO₂）、臭氧（O₃）和颗粒物（PM1、PM2.5、PM10）等污染物的浓度。
• 海洋波浪预测：Aurora能预测海洋波浪的高度、周期和方向，帮助航运、沿海防御和海洋能源开发等领域。
• 热带气旋轨迹预测：Aurora能准确预测热带气旋的移动轨迹，为防灾减灾提供重要支持。
• 极端天气事件预测：Aurora在预测极端天气事件（如风暴、洪水、干旱）方面表现出色，能提前发出预警，减少灾害损失。

Aurora的技术原理

• 基础模型架构：Aurora用预训练和微调的两阶段训练方法。预训练阶段，模型在大量多样化的大气数据上学习通用的天气和气候表示；微调阶段，模型针对特定任务（如天气预测或空气污染预测）进行优化。
• 3D Swin Transformer：Aurora的核心是灵活的3D Swin Transformer，支持处理不同空间分辨率和压力水平的大气变量。
• Perceiver编码器和解码器：基于Perceiver的编码器和解码器，处理异构输入，在不同分辨率和保真度下生成预测。
• 数据多样性：在预训练阶段用多种数据源，包括分析数据、再分析数据、气候模拟和业务预报数据。多样化的数据输入让模型能学习到更广泛的大气动力学模式。
• 计算效率：基于高效的模型架构和训练方法，显著提高计算效率，在短时间内生成高精度的预测，计算速度比传统数值天气模型快约5000倍。

Aurora的项目地址

• 项目官网：http://microsoft.github.io/aurora
• GitHub仓库：http://github.com/microsoft/aurora
• arXiv技术论文：http://arxiv.org/pdf/2405.13063

Aurora的应用场景

• 天气预报：为气象部门和相关行业提供0.1°分辨率的10天全球天气预测，帮助优化农业、航班安排和灾害预防。
• 空气污染预测：为环保部门和公共卫生机构提供全球空气污染水平的预测，助力提前发布空气质量警报，减少公众健康风险。
• 海洋波浪预测：为航运公司和沿海机构提供波浪高度、周期和方向的预测，优化航线，提高航行安全，支持沿海防御和海洋能源开发。
• 热带气旋轨迹预测：为气象和应急管理部门提供热带气旋移动轨迹的准确预测，提前发出预警，减少沿海社区的灾害损失。
• 极端天气事件预测：提前预警风暴、洪水、干旱等极端天气事件，帮助政府和公众提前采取应对措施，降低灾害影响。